土压力与土坡稳定

第六章土压力与土坡稳定§6.1概述§6.2土压力的类型与影响因素

§6.3静止土压力的计算§6.4朗肯土压力理论§6.5库仑土压力理论§6.6《规范》法计算土压力§6.7特殊情况下的主动土压力计算§6.8挡土墙设计§6.9土坡稳定分析主要内容

§6.1概述土压力：是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。土坡：具有倾斜面的土体坡肩坡顶坡面坡角坡趾坡高坡底坡度：1:m天然土坡江、河、湖、海岸坡山、岭、丘、岗、天然坡人工土坡挖方：沟、渠、坑、池填方：堤、坝、路基、堆料一部分土体在外因作用下，相对于另一部分土体滑动滑坡：§6.2土压力的类型与影响因素土压力类型1.静止土压力

挡土墙在压力作用下不发生任何方向的位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力Eo被动土压力主动土压力静止土压力土压力2.主动土压力

在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力3.被动土压力

在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力滑裂面EaEp滑裂面4.三种土压力之间的关系

-△+△+△-△Eo△a△pEaEoEp对同一挡土墙，在填土的物理力学性质相同的条件下有以下规律：1.Ea

＜Eo

＜＜Ep2.△p

＞＞△a§6.3静止土压力的计算作用在挡土结构背面的静止土压力可视为天然土层水平向自重应力K0h

hzK0zzh/3静止土压力系数静止土压力强度

静止土压力分布:

土压力作用点:三角形分布

距墙底h/3

§6.4朗肯土压力理论

一、朗肯土压力基本理论1.挡土墙背垂直、光滑2.填土表面水平3.墙体为刚性体σz=zσx＝K0zzpa＝Kazpp＝Kpz增加减小pappfzK0zf=c+tan

土体处于弹性平衡状态主动极限平衡状态被动极限平衡状态水平方向均匀压缩伸展压缩主动朗肯状态被动朗肯状态水平方向均匀伸展处于主动朗肯状态，σ1方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o-/245o-/245o＋/2处于被动朗肯状态，σ3方向竖直，剪切破坏面与竖直面夹角为45o＋/2二、主动土压力极限平衡条件朗肯主动土压力系数朗肯主动土压力强度无粘性土粘性土三、被动土压力极限平衡条件朗肯被动土压力系数朗肯被动土压力强度无粘性土粘性土【例】有一挡土墙，高6米，墙背直立、光滑，墙后填土面水平。填土为粘性土，其重度、内摩擦角、粘聚力如下图所示，求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力分布图h=6m=17kN/m3c=8kPa=20o【解答】主动土压力系数墙底处土压力强度临界深度主动土压力合力主动土压力作用点距墙底的距离2c√Kaz0Ea(h-z0)/36mhKa-2c√Ka墙顶处土压力强度§6.5库仑土压力理论

一、库仑土压力基本假定1.墙后的填土是理想散粒体2.滑动破坏面为通过墙踵的平面3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形二、库仑土压力墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面BM破坏，土楔ABM处于主动极限平衡状态

理论：挡土墙背离土体移动或推向土体,达到极限平衡状态,根据土楔ABM的静力平衡条件，可求得主动和被动土压力。土楔受力情况：3.墙背对土楔的反力E,大小未知，方向与墙背法线夹角为δ1.土楔自重G=△ABM,方向竖直向下2.破坏面为BM上的反力R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为

αβδGhMABqER土楔在三力作用下，静力平衡滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力E，E是θ的函数，E的最大值Emax，即为墙背的主动土压力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑动面库仑主动土压力系数，查表确定土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定主动土压力强度主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线成δ。hhKahαβAMBδαEah/3说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向主动土压力合力§6.7特殊情况下的主动土压力计算1.填土表面有连续均布荷载填土表面深度z处竖向应力为(q+z)相应主动土压力强度A点土压力强度（以无粘性土为例）B点土压力强度z＋qhABzq2.成层填土情况（以无粘性土为例）1，12，23，3Pa1上Pa1下pa2上Pa3上pa2下Pa3下挡土墙后有几层不同类的土层，先求竖向自重应力，然后乘以该土层的主动土压力系数，得到相应的主动土压力强度h1h2h3说明：合力大小为分布图形的面积，作用点位于分布图形的形心处3.墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）

ABC(h1+

h2)Kawh2挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，地下水位以下的采用浮重度计算。作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处A点B点C点土压力强度水压力强度B点C点h1h2h【例】挡土墙高10m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图

h=10m1=18kN/m3c1=01=30o2=20kN/m3c2=02=35oh1

=6mh2

=4mKa1＝0.333Ka2＝0.271q=20KPa【解答】h=10mh1=6mh2=4m主动土压力合力42.62kPa34.69kPa56.37kPa6.67kPa一、挡土墙类型1.重力式挡土墙块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。2.悬臂式挡土墙钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋§6.8挡土墙设计3.扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.8～1.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙趾墙踵扶壁二、重力式挡土墙设计1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定2.地基承载力验算一）挡土墙计算内容3.墙身强度验算抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d抗倾覆稳定条件挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0xfbz抗滑稳定验算抗滑稳定条件EaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到二）重力式挡土墙的构造措施1.墙背倾斜形式重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定E1仰斜E2直立E3俯斜三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系：E1＜E2＜E32.挡土墙截面尺寸砌石挡土墙顶宽不小于0.4m，混凝土墙不宜小于0.20m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/2～1/3为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶逆坡墙趾台阶3.墙后排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实4.填土质量要求泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟[例题6-3]：试设计一浆砌石挡土墙，挡土墙的重度为22KN/m3,墙高4m，墙背光滑、竖直，墙后填土表面水平，基底摩擦系数0.4。土的物理力学指标：【解答】选择挡土墙的断面尺寸计算土压力挡土墙的自重

滑动稳定性验算

倾覆稳定性验算

§6.9土坡稳定分析一、无粘性土坡稳定分析无粘性土坡的极限坡角等于土的内摩擦角。土的内摩擦角也称为自然休止角。二、